XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Микрокомпьютер для учебы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ковалев С.Н. 1Шаров Н.А. 1

---

1МАОУ "IT-школа с углубленным изучением информатики" г. Перми

Митрофанова Е.П. 1

---

1МАОУ "IT-школа с углубленным изучением информатики" г. Перми

Работа в формате PDF

350.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В наше время неотъемлемой частью образования является применение компьютерных технологий. Однако компьютеризация учебного процесса сопряжена с высокими затратами на приобретение полноразмерных персональных компьютеров и операционных систем, как для личного пользования, так и для оснащения учебных заведений. Кроме того, полноразмерный компьютер ассоциируется у школьников скорее не с учебным инструментом, а с игровым устройством, что отвлекает от выполнения учебных задач и снижает мотивацию к получению знаний. Разработка устройства «Микрокомпьютер для учебы», которое имеет полноценный функционал для выполнения учебных задач (подготовка рефератов, докладов, презентаций, поиск, хранение и обработка информации, выполнение расчетов, построение моделей и т.д.) и невысокую стоимость, а также не предполагает его адаптацию к игровым целям, актуализирует привлекательность создания такого микрокомпьютера.

Сейчас мы живем в веке информационных технологий, однако, в некоторых школах компьютеров недостаточно для выполнения учебных заданий и различных практических проектов в IT сфере учениками, заинтересованными в получении передовых знаний и стремящихся к высокому уровню образования и даже к получению научной степени. Для решения данной проблемы предлагается инновационное решение – микрокомпьютер для учебы с привлекательным и инновационным интерфейсом. Главное отличие нашего продукта от имеющихся на рынке микрокомпьютеров – это цена. Цена нашего продукта не превышает 5000 рублей, что в 3 раза меньше стоимости других микрокомпьютеров и в 20 раз меньше стоимости полноразмерного компьютера.

Создание доступного по цене микрокомпьютера для учёбы, имеющего полноценный функционал учебной операционной системы неигрового типа.

Задачи проекта:

• Изучить литературу по теме терминала Linux, языка Python, а также разработки дизайна операционной системы.

• Составить дорожную карту и определить задачи проекта.

• Провести анкетирование, чтобы узнать у учащихся, насколько полезно им будет использовать микрокомпьютер в учебных целях.

• Усовершенствовать операционную систему для микрокомпьютера и разработать дополнительные приложения.

• Интегрировать сервисы «Мессенджер» и «Социальный рейтинг» в проект микрокомпьютера.

Гипотеза исследования заключается в следующем: проверка возможности создания недорогого устройства с операционной системой имеющий не игровой, а учебный функционал.

Предмет исследования – различные языки программирования позволяющие создать микрокомпьютер для учебы.

Объект исследования – устройство и его операционная система.

Методы исследования включают обращение к репозиторию GitHub, на котором был создан образ Debian под arm-процессоры [4]. Для создания продукта потребовались знания таких программ, как Adobe Photoshop, терминал Linux, язык программирования Python.

Информационную базу исследования составляют учебная и научно-практическая литература по теме программирования, а также интернет-ресурсы, посвященные разработке кода Python в приложения для Linux.

Структура работы включает введение, три основных раздела, заключение, список литературы и приложение.

Глава 1. Общие спецификации и инструменты создания микрокомпьютера для учебы

1.1. Общие спецификации и характеристика

Для создания микрокомпьютера для учебы нами было принято решение использовать готовое ядро Debian Linux и интерфейс Gnome, которые были доработаны под созданный нами макет интерфейса с помощью программ Tweaks, Extensions. Данные программы позволили полностью настроить и изменить графическую оболочку, начиная с обоев рабочего стола и заканчивая дополнительными плагинами, которые способствуют улучшению интерфейса. В перспективе это позволит создать собственную операционную систему, что потребует разработать ядро и графический интерфейс.

В ходе работы выяснилось, что разные модели предложенных устройств для реализации идеи микрокомпьютера имеют различные скорость запуска и быстроту отклика. Поэтому нами были проанализированы две версии микрокомпьютера для учебы, которые дали положительные результаты в ходе испытаний операционной системы (таблица 1).

Таблица 1

Сравнение версий микрокомпьютера

В качестве комплектаций предусмотрено несколько версий микрокомпьютера (таблица 2).

Таблица 2

Комплектации микрокомпьютера для учебы

Возможные версии	Стоимость, рублей
Raspberry PI Model B 2Gb	7500
Raspberry PI 4 Model B 8GB	9000
Raspberry PI 5 8GB	13000
Raspberry PI 5 4GB	11000
Vontar X4 4GB/32GB(Россия)	6000
VontarX4 4GB/32GB(Китай) (рекомендовано)	4500

Предложенные характеристики позволяют реализовать идею микрокомпьютера для учебы.

1.2. Инструменты создания микрокомпьютера

В первую очередь, нам понадобилось знание терминала Linux [1; 2]. Именно с помощью этого терминала возможна установка и удаление дополнительных программ. Терминал сам по себе является программой, способной выполнять как простые действия (создание файлов, папок), так и сложные, такие как компиляция с помощью chmod [6].

Например, с помощью такой команды: apt-get install yandex-browser-stable можно установить Яндекс.Браузер через терминал. На рисунке 1 представлен простой интерфейс терминала, состоящий только из поля ввода команд.

Рис. 1. Терминал операционной системы

Далее на основе применения таких программ, как Tweaks и Extensions, был модифицирован стандартный базовый интерфейс GNOME [3; 5]. На рисунке 2 показана программа Tweaks.

Рис. 2. Программа Tweaks, реализованная в операционной системе микрокомпьютера

Затем после базовой кастомизации интерфейса для написания дополнительного программного обеспечения нами использовался язык программирования Python [7].

На рисунке 3 представлен пример программы, обрисовывающий приложение помощи в операционной системе микрокомпьютера.

Рис. 3. Обрисовка программы помощи в операционной системе микрокомпьютера на языке Python

Для представления нашего продукта широкой аудитории был создан сайт-визитка с помощью языков программирования HTML, CSS, JS. Каждый разработанный сервис имеет свою страницу в Интернете, ссылки на которые размещены в приложении 1.

Далее представлена подробная информация об этих сервисах.

Глава 2. Описание сервисов проекта и анализ их востребованности

Для повышения привлекательности проекта в разработанную операционную систему были интегрированы ранее реализованные нами проекты. В первую очередь, «Социальный рейтинг».

Социальный рейтинг – система оценки статуса ученика на основе учета его учебных достижений, участия в мероприятиях и соблюдения правил поведения в школе. Реализация проекта позволила систематизировать информацию о статусе ученика, создать систему поощрения соблюдения норм поведения в школе и осуществлять профилактику нежелательного поведения. Поскольку она была успешно апробирована в нашем классе, нами было решено внедрить эту систему в микрокомпьютер, что позволит существенно упростить ее применение учениками, заинтересованными в использовании нашего микрокомпьютера в учебных целях.

Сайт социального рейтинга доступен по ссылке: https://nashclass.ru/.

Во-вторых, в систему микрокомпьютера был интегрирован созданный нами мессенджер, который упрощает коммуникацию учеников в учебном процессе.

Подробнее с сервисам, интегрированными в платформу микрокомпьютера, можно ознакомиться в приложении 1.

Таким образом, микрокомпьютер – это связанная сеть сервисов, позволяющих эффективно управлять учебным процессом и мотивировать учеников учиться.

Далее представлены результаты востребованности наших сервисов и проекта в целом.

В ходе исследования и тестирования первой версии обнаружено, что операционная система может запускаться не только на Raspberry Pi на процессоре Cortex. Операционная система способна запускаться на ТВ-приставках (версия 2), персональных компьютерах и ноутбуках (необходим специальный образ, расположен на сайте проекта в пункте меню “Образы”) и на других устройствах с возможностью вывода изображения на HDMI, DISPLAY port или D-SUB порты. Устройством поддерживаются процессоры ARM, x86, x64, x32 архитектур. Соответствующие образы можно найти на сайте проекта.

При этом пользователь может самостоятельно настраивать дизайн по своим предпочтениям и на любом устройстве.

Проведенный опрос показал высокую востребованность подобных продуктов.

В частности, по результатам анкетирования определено, что большинству опрошенных интересна тема компьютеризации процесса обучения на основе российского программного обеспечения. Так, 88.8% программного обеспечения, используемого в школах, является импортным, [9] и только 6% является российским, при этом все равно используется ядро Linux.

Положительной тенденцией является рост числа компьютеров в российских школах на 28% с 2016 года по 2022 год [8].

Внедрение в учебный процесс микрокомпьютеров, по нашему мнению, позволит увеличить уровень компьютеризации отечественного образования.

Далее представлена визуализация готового продукта.

Глава 3. Визуализация проекта «Микрокомпьютер для учебы»

Ознакомимся с готовым продуктом и его дизайном.

На рисунке 4 представлена тестовая версия микрокомпьютера, созданная на базе ТВ-приставки Vontar X4.

Рис. 4. Микрокомпьютер для учебы

На рисунках 5- 6 изображен интерфейс оболочки микрокомпьютера.

Рис. 5. Рабочий стол операционной системы

Рис. 6. Приложение справки операционной системы

Таким образом, предложенный проект является удобным и недорогим устройством для обучения, поскольку позволяет без приобретения полноразмерного компьютера выполнять учебные задачи.

Заключение

Исследование посвящено созданию микрокомпьютера в целях повышения эффективности учебного процесса на основе внедрения в устройство полноценного функционала учебной операционной системы неигрового типа.

Преимуществами устройства «Микрокомпьютер для учебы» является инструментарий, позволяющий выполнять различные учебные задачи:

• подготовка рефератов, докладов, презентаций;

• поиск, хранение и обработка информации;

• выполнение расчетов;

• построение моделей и т.д.

Разработанный микрокомпьютер с соответствующей операционной системой имеет невысокую доступную стоимость. А именно стоимость нашего устройства в оптимальной версии составляет 4500 руб.

Результаты анкетирования, доступные по ссылке https://clck.ru/3LPi7s, свидетельствуют об интересе обучающихся к компьютеризации процесса образования в целом и микрокомпьютерам в частности.

Для повышения привлекательности проекта в разработанную операционную систему были интегрированы сервисы «Социальный рейтинг» и «Мессенджер». Социальный рейтинг – система оценки статуса ученика на основе учета его учебных достижений, участия в мероприятиях и соблюдения правил поведения в школе. Мессенджер позволяет реализовать функцию коммуникаций учеников в учебном процессе.

Сайт-визитка нашего проекта:https://nashclass.ru/NEO

В ходе исследования мы получили новые знания о программах Adobe Photoshop, терминале Linux, различных редакторах кода Python, таких, например, как PyCharm. Наш продукт способен улучшить процесс обучения и снизить расходы семей и государства на компьютерное оснащение образовательного процесса. Кроме того, микрокомпьютер предназначен исключительно для учебных, а не игровых целей, что обусловливает его востребованность и привлекательность для использования в образовательной среде.

Перспективы исследования связаны с разработкой обновлений и новых сервисов, повышающих эффективность работы устройства.

В заключение отметим, что микрокомпьютер оказался не просто удобным устройством, а целой платформой для обучения.

Полученные результаты свидетельствуют о достижении целей проекта.

Список использованных источников и литературы

Учебная и научная литература:

1. 1. Воронин И., Воронина В. программирование для детей. От основ к созданию роботов. СПб.: Питер, 2018 – 192 с.

   2. Кристиан Д. Думай как программист. М.: РОСМЭН, 2019 – 144 с.

Интернет-источники:

3. Gnome Extensions, для установки дополнительных плагинов. URL: https://extensions.gnome.org/(дата обращения: 02.04.2025).

4. Исходный образ Debian для процессор Amlogic. URL: https://github.com/devmfc/debian-on-amlogic (дата обращения: 05.04.2025).

5. Как установить графическую оболочку Gnome в Debian. URL: https://help.reg.ru/support/servery-vps/oblachnyye-servery/ustanovka-programmnogo-obespecheniya/kak-ustanovit-graficheskuyu-obolochku-gnome-v-debian (дата обращения: 10.12.2024).

6. Работа с терминалом Linux и основные команды. URL: https://serverspace.ru/about/blog/bazovye-komandy-linux-v-terminale/?utm_source=google.com&utm_medium=organic&utm_campaign=google.com&utm_referrer=goфogle.com(дата обращения: 20.01.2025).

7. Разработка python приложений для Linux. URL: https://blog.skillfactory.ru/kak-napisat-prilozhenie-dlya-linux-na-python/(дата обращения: 25.04.2025).

8. Российские школы до сих пор используют 88,8% импортного ПО. URL: https://www.cnews.ru/news/top/2021-05-17_rossijskie_shkoly_do_sih_por (дата обращения: 26.04.2025).

9. С 2016 года число компьютеров в российских школах выросло на 28%. URL: https://habr.com/ru/news/696076/ (дата обращения: 26.04.2025).

Приложение

Краткое описание разработанных в ходе исследования продуктов

1. Социальный рейтинг.

Социальный рейтинг – система, позволяющая проставлять индивидуальный рейтинг для каждого учащегося. Одной из проблем является сложность контроля поведения учащихся в нашей школе. Так, социальный рейтинг – большая система страниц, обширный сайт, включающий в себя возможность:

1. Входа/Регистрации

2. Контроля социального рейтинга

3. Выгрузка отчетов социального рейтинга

4. Удобное представление рейтинга в виде диаграммы в профиле учителя и ученика.

5. Специальный доступ для администраторов(админ-панель)

С целями проекта подробнее можно ознакомиться на официальном сайте: https://nashclass.ru/

2. Мессенджер.

Тестовая версия сервиса проекта включает:

1. Отправка сообщений

2. Создание групп и чатов

3. Отправка стикеров

4. Отправка картинок

Также при регистрации пользователь может загрузить фото профиля, которое будет отображаться во всех чатах.

Сайт мессенджера: https://nashclass.ru/mess